污水光谱分析仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于节能环保技术领域，具体涉及一种污水光谱分析仪。
【背景技术】
[0002]鉴于环境保护需求的增加和水质污染的日益严重，国家规定了多个水质污染物含量的标准。广泛应用的水质参数主要有两类:一类是直接反映水中的具体成分，如金属离子的浓度等；
另一类称为替代参数，如COD、BOD、TOC等。替代参数能简便迅速地反映水的物理、化学及微生物的特征。国内外有不少科研机构和专业厂商都在研宄如何能在线地测定这些水质替代参数。目前，在线自动分析仪的主要技术，第I种是化学滴定法，第2种是电化学测量法，第3种是可见和紫外分光光度法。
[0003]第I种方法的原理是通过化学滴定来确定水质参数的含量。其缺点是测量时间过长、操作维护复杂，运行成本高，同时还会产生二次污染。
[0004]第2种方法的原理是利用水中有机物在工作电极表面被氧化的同时，工作电极上将有电流变化，当工作电极的电位衡定时，电流的变化与水中的水质参数成线性关系。通过计算电流的变化便可测出水质参数。其主要特点是测量速度快，仪器结构简单，没有二次污染。缺点是通过不同电化学法产生的电极电流变化只和一种替代参数有线性关系，和其他水质参数则存在非线性的关系。因此一般以电化学法为原理的在线分析仪只能测量一种水质参数。
[0005]第3种方法是建立在吸收定律之上的一种利用被测物质的分子或离子对特征电磁辐射的吸收程度进行定量分析的方法。实验证明，紫外吸光度能反映水中有机污染的程度，特别是对水中的一大类芳香族有机物和带双键有机物尤为灵敏。许多资料亦表明紫外吸光度和一些主要水质替代参数具有一定的相关性，因此，通过分析紫外吸光度来获得水质参数具有极为重要的理论与实际意义。
[0006]影响水质的参数有:水中悬浮物、藻类、化学物质、溶解性有机物、热释放物、病原体和油类物质等。随着遥感技术的革新和对物质光谱特征研宄的深入，可以监测的水质参数种类也在逐渐增加，除了热污染和溢油污染等突发性水污染事故的监测外，用遥感监测的水质数据大致可以分为以下四大类:浑浊度、浮游植物、溶解性有机物、化学性水质指标。
水质遥感监测常用的光谱数据获取的工具:成像光谱仪；也称高光谱成像仪，实质上是将二维图像和地物光谱测量结合起来的图谱合一的遥感技术，其光谱分辨率高达纳米数量级。高光谱成像的数据是一叠连续多个波段成像获得的样品的图像。
【发明内容】
[0007]本发明提供能够避免干扰且仪器运行稳定的一种污水光谱分析仪。
[0008]本发明的技术方案:一种污水光谱分析仪，包括水循环系统、采样系统、水质分析仪和显示系统。 采样系统安装在水循环系统中，采样系统的输出连接水质分析仪的输入，水质分析仪的输出连接显示系统的输入。
所述水循环系统包括进水系统和出水系统。
[0009]所述进水系统由水泵、电磁阀和管道组成。
[0010]所述出水系统由水泵、电磁阀和管道组成。
[0011 ] 进水系统能持续不断地向分析仪提供水样，进水水泵和电磁阀在分析仪配套的内置软件的控制下，把污水导入采样系统。出水系统则将从采样系统出来的污水排出，并获取当前污水样品。
所述采样系统包括水质理化参数采集系统和光谱数据采集系统；所述水质理化参数采集系统包括传感器和变送器；传感器获得包括PH值、温度、电导率的水质参数。变送器则将传感器的水质参数送到工控机中。
所述光谱数据采集系统包括光源、光纤、分光计。光源用于提供稳定的紫外激光，紫外激光经过污水由分光计接收并处理后送入工控机。光纤是光信号的传输介质。
水质分析显示系统对采样系统获得的数据进行处理，并显示最终结果。
[0012]水质分析显示系统包括工控机，A/D卡、继电器、IXD触摸屏。工控机可完成大部分计算机的功能，除了内置智能分析软件外，还提供诸多扩展槽。A/D卡用于数据的采集和通过继电器对水循环系统中的硬件进行控制。LCD触摸屏不仅能显示水质参数，而且可直接对分析仪进行各项操作。
[0013]本发明采用的是混合神经网络模型。
[0014]所述混合神经网络模型由一个多项式模型和一个多层前向神经网络并联叠加而成。
前向神经网络:其过程中采用了 BP (ErrorBack-propagat1n)算法，故又称为BP神经网络。标准的BP网络由三层神经元组成，最下面为输入层，中间为隐含层，最上面为输出层，网络中相邻层采取全互连方式连接，同层各神经元之间没有任何连接，输出层与输入层之间也没有直接的联系。各神经元接收前一层的输入，并输出给下一层，没有反馈。节点分为两类，即输入节点和计算节点，每一个计算节点可有多个输入，但只有一个输出，输入与输出节点与外界相连，而其它中间层则称为隐层。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。
[0015]多项式模型:即根据已知数据，找出相应函数的系数，统计不同变量间的关系。利用多项式模型算式，精准的计算出所需数据。
[0016]本发明采用模块化设计，除了以后便于扩充不同的测量单元外，
还具备防止模块之间的相互干扰的性能。
本发明的检测精度高，采样测算频率高、运行稳定、减少了其它杂质对分析仪的干扰。
【附图说明】
[0017]图1是本发明实施例的结构示意图。
[0018]图2是本发明实施例中的光谱数据采集系统的其中一个放大电路图。
[0019]图3是单片机的接线图。
[0020]图中，1、输水管道，2、光纤，3、紫外线激光器，4、蓄电池，5、滑线，6、显示器，7、水质分析仪，8、工控机，9、分光计。
【具体实施方式】
[0021]实施例:图1所示，本实施例包括水循环系统、采样系统、水质分析显示系统。
采样系统安装在水循环系统中，采样系统的输出连接水质分析仪的输入，水质分析仪的输出连接显示系统的输入。
所述水循环系统由水泵、电磁阀和输水管道I组成。
[0022]采样系统包括水质理化参数采集系统和光谱数据采集系统；
图2、图3所示，采样系统将光信号转变为电信号，并经过电子电路放大、区分后送入单片机芯片内；单片机与工控机通过485通讯连接，由工控机进行分析。
[0023]单片机采用89S51。
[0024]水质理化参数采集系统包括传感器和变送器；传感器设置在输水管道I的进水口，传感器的输出连接变送器的输入，变送器的输出与工控机的输入连接。
[0025]传感器获得包括pH值、温度、电导率等普通水质参数。
[0026]变送器则将水质参数送到工控机中。
[0027]所述光谱数据采集系统由紫外线激光器3、光纤2、分光计9组成。紫外线激光器3发出紫外光源，紫外光源通过光纤传输给分光计9。
[0028]紫外光源用于提供稳定的紫外激光，经过污水由分光计接收，处理后送入工控机。光纤是光信号的传输介质。
水质分析系统对由采样系统获得的数据进行处理，并显示最终结果。
[0029]水质分析系统包括工控机，A/D卡、继电器、显示用IXD触摸屏。
[0030]工控机的输出连接显示系统的输入，A/D卡与采样系统连接；继电器与水循环系统中的电磁阀连接。
[0031]工控机可完成大部分计算机的功能，它配置分析软件及诸多扩展槽。A/D卡用于数据的采集和通过继电器对水循环系统中的硬件进行控制。LCD触摸屏不仅能显示水质参数，直接对分析仪进行各项操作。
与硬件配套的计算机程序软件通过继电器控制水泵和电磁阀形成一个水路循环系统。当被测污水进入样本池后，采样系统打开光源，充分预热后，获得光谱数据。其他水质参数则通过样本池中的探头，通过变送器送入。最后排放污水和清洗。
为了解决因水样性质差别大时模型不符的情况，本发明配套智能分析软件，它对紫外光谱和水质参数之间关系建模。软件自带重新建模的功能，当水样性质差别较大时就会出现基于原水样的模型不能很好的预测新水样的情况，通过重新建模输入经过标准测定的新水样进行修正水质模型。
【主权项】
1.一种污水光谱分析仪，测量污水的化学需氧量COD、总氮、总磷、水温、pH、色度；其特征是包括水循环系统、采样系统、水质分析仪和显示器；采样系统安装在水循环系统中，采样系统的输出连接水质分析仪的输入，水质分析仪的输出连接显示器的输入；所述采样系统包括水质理化参数采集系统和光谱数据采集系统；所述水质理化参数采集系统包括传感器和变送器；传感器获得水质参数，变送器则将传感器的水质参数送到工控机中； 所述光谱数据采集系统包括光源、光纤、分光计；光源用于提供稳定的紫外激光，紫外激光经过污水由分光计接收并处理后送入工控机；光纤是光信号的传输介质； 所述水质分析仪包括工控机，A/D卡、继电器，A/D卡用于数据的采集和通过继电器对水循环系统中的电磁阀进行控制。
【专利摘要】一种污水光谱分析仪，属于节能环保技术领域，它包括水循环系统、采样系统、水质分析仪和显示系统；采样系统安装在水循环系统中，采样系统的输出连接水质分析仪的输入，水质分析仪的输出连接显示系统的输入；所述采样系统包括水质理化参数采集系统和光谱数据采集系统；所述水质理化参数采集系统包括传感器和变送器；传感器获得水质参数，变送器则将传感器的水质参数送到工控机中。本发明的检测精度高，采样测算频率高、运行稳定、减少了其它杂质对分析仪的干扰。
【IPC分类】G01D21/02, G01N21/33
【公开号】CN104914065
【申请号】CN201510302080
【发明人】王清正
【申请人】郝炜
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月5日